(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメント系改良材と水を地盤に注入攪拌混合するセメント系深層混合処理に付加混合される添加剤が、アルカリ金属炭酸塩、無機塩化物及び高分子系分散剤を必須成分とし、前記添加剤の全重量を１としたとき、アルカリ金属炭酸塩として炭酸ナトリウム及び／又は炭酸カリウムを１０〜４０重量％、無機塩化物として塩化ナトリウム及び／又は塩化カリウムを１〜６０重量％、さらに高分子系分散剤としてナフタレンスルホン酸塩、メラミンスルホン酸塩又はポリカルボン酸塩を２０〜６５重量％を含む混合物からなることを特徴とするセメント系深層混合処理用添加剤。
【請求項２】
・炭酸ナトリウム  １９重量％
・塩化ナトリウム  ２８重量％
・塩化カリウム    ２４重量％
・ナフタレンスルホン酸塩系、メラミンスルホン酸塩系、ポリカルボン酸塩系の中から選ばれる１つ以上の高分子系分散剤  ２９重量％
を含む混合物からなることを特徴とする請求項１記載のセメント系深層混合処理用添加剤。
【請求項３】
セメント系改良材と水に、請求項１又は２のいずれかに記載の添加剤を混合して得られる流動性の高いセメントスラリーを地盤に注入し、攪拌混合して強固な改良体を構築することを特徴とするセメント系深層混合処理改良体の造成方法。
【請求項４】
セメント系改良材１重量部に対して、請求項１又は２のいずれかに記載の添加剤を０.５〜３.０重量％の割合で添加することを特徴とする請求項３に記載のセメント系深層混合処理改良体の造成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤にスラリー状のセメント系改良材を注入し、攪拌混合して強固な改良体を造成するセメント系深層混合処理方法において、セメント系改良材と水と共に添加剤を添加し、セメントスラリーの流動性を高め、凝結性能を改善することによって改良体の強度を大幅に高くすることができ、水セメント比を小さくし、セメントスラリーの注入量減少が図られ、排泥量及び排出残土の削減と周辺への変位も抑えることができる高品質なセメント系深層混合処理用添加剤及びこの添加剤を用いたセメント系深層混合処理改良体の造成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
防波堤、護岸、岸壁、道路盛土、橋脚、住宅、河川堤防、擁壁、建物、地下構造物、タンク等の基礎を構築するに際して、変形抑止、安定性の確保、沈下防止、側方流動防止、止水壁、液状化防止等を目的にして、セメント系改良材をスラリー状にして地盤に注入し、攪拌混合するセメント系深層混合処理工法が多用されている。セメント系深層混合処理工法は機械攪拌工法とも称しており、ＣＤＭ工法、住宅地盤柱状改良工法、高圧噴射攪拌工法、機械攪拌と高圧噴射攪拌併用工法など、設計思想、施工法、機械性能等様々な特色を持って分類されている。
【０００３】
セメント系深層混合処理工法により得られた改良体は、現位置で確実に強度が得られるなど品質面での優れた特性を活かして、あらゆる用途に適用されている。これらの工法において構築された改良体が長期に亘りその機能を果たすためには、改良体の強度は、材齢経過に伴い低下することなく設計時に設定した設計強度を下回ってはならない。通常は、過去のデータを分析し、又は室内配合試験を実施し、材齢１個月強度又は３個月強度をベースにして、設計上必要とされる圧縮強度が得られるセメント系改良材添加量を決定した上で工事が行われる。
【０００４】
セメント系改良材は、普通ポルトランドセメント、高炉セメントＢ種、一般軟弱土用・特殊土用・高有機質土用・六価クロム溶出抑制用等のセメント系固化材、いわゆる水硬性物質と呼ばれるものが使用される。一般的にセメント系改良材の使用量は、対象土１ｍ３に対して極端に少ない時には５０kg／ｍ３程度であり、強度の出にくい土あるいは超高強度を要求される時は３００kg／ｍ３以上を使用する場合があるが、常に可及的に少量のセメント系改良材を用いて圧縮強度が大きい改良体を得ることを目標としている。
【０００５】
セメント系深層混合処理改良体の強度は、セメント系改良材に対する水の量の比に依存する。すなわち、改良体の強度は土粒子の中に含まれる水とセメントスラリーの中の水を合わせた量(αＷ)に対して、セメント系改良材の量（Ｃ）の比で変化する。
αＷ／Ｃが大きいと強度は低く、αＷ／Ｃ
が小さいと強度は高くなり、同一の土でのその関係は、一種の減衰曲線を描く。セメント系深層混合処理工法では、一般的に自然含水比の低い土は強度が高くなり、自然含水比の高い土は強度が低くなる所以である。
【０００６】
セメント系深層混合処理工法のセメントスラリーの水セメント比は、主要な材料である水とセメント系改良材との割合で、水量をＷ、セメント系改良材の量をＣとすると「Ｗ／Ｃ」の百分率で示され、通常はＷ／Ｃ＝６０％〜１２０％の値が用いられる。上記より水セメント比を小さくするほど高い強度が得られる。しかしながら、Ｗ／Ｃ＝６０％で施工すると、セメントスラリーの流動性が低下し、混合処理工程の中で、プラント設備、グラウトホース、混合処理機などの各部において、圧送管内でセメントスラリーが閉塞を起こし、作業性が著しく低下する。そのため、海上工事においてはセメントスラリーの硬化を遅らすために遅延剤を使用して施工しているのが現状である。陸上工事においてはＷ／Ｃ＝６０％の施工は無理であり、特に夏期での施工においては、セメントスラリー圧送管内温度は４０度以上になり、一般的にはＷ／Ｃ＝８０〜１２０％に設定し、施工せざるを得なかった。
一方、セメント系深層混合処理工法の実施工において、土粒子が細かく粘性が非常に強い地盤等の攪拌混合しにくい土などの場合には、セメントスラリーを注入し攪拌混合しても混合物が攪拌羽根において団子状になり、充分に混ざらないケースがある。その場合には水セメント比を極端に大きくし、例えばＷ／Ｃ＝１５０％にした工事事例もあった。その場合にはセメントスラリーが材料分離を起こす問題があり、目標とする強度を得るためにセメント添加量を大幅に多くした施工を余儀なくされ、セメントスラリーが土中に充分に入りきらず、上方に溢れ出すなどの施工上の支障をきたしてきた。
【０００７】
水セメント比Ｗ／Ｃを８０〜１２０％とした場合には、前記のように目標強度を得るために土１ｍ３に対するセメント系改良材の使用量が多くなり、コストを削減することができなかった。また、注入されたセメントスラリーの量がそのまま盛り上がり土となる工法上の特徴から排泥量が多くなり、場合によっては産業廃棄物の処理量も増え環境問題の観点から好ましくないことは明らかである。
水セメント比を小さくしセメントスラリーの注入量を少なくした方が高強度の変動係数の小さい良質な固化体が得られる。また、注入量は少ない方が側方への応力を少なくすることができ、周辺への影響を減少することができる。
【０００８】
ソイルセメントスラリーの流動性を改善するために、水とセメント系固化剤と流動化剤とアルカリ金属炭酸塩と土とを混合し、ソイルセメントスラリーを調整するステップを有するソイルセメントスラリーの調整方法が提案されている（特許文献１）。
また、長時間にわたって流動性が維持され、また硬化後の強度の高いソイルセメントの造成のために、カルボン酸またはその１価塩を主要構成単量体単位とする低分子量重合体およびアルカリ金属炭酸塩を併用するものが提案されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−２１７２５５号公報
【特許文献２】特開２０００−１６９２０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１及び２に示すソイルセメントの流動化方法は、ＣＲＭ工法、ＳＭＷ工法、ＴＲＤ工法等におけるソイルセメントスラリーの調整方法に関してのものであり、ソイルセメントの流動化はある程度は得られたものの、ソイルセメントの強度増加は期待できなかった。
本発明が解決しようとする第１の課題は、セメントスラリーの流動性を高め、かつ、改良体を強固に固化する方法を提供することである。
すなわち、セメント系改良材と水に加えてアルカリ金属炭酸塩、無機塩化物及び高分子系分散剤を主体とした材料からなる添加剤を付加混合し、地盤に注入しつつ攪拌混合して強固なセメント系深層混合処理改良体を構築し、構造物の耐久性を向上させることを特徴とする高品質のセメント系深層混合処理用添加剤及びこの添加剤を用いたセメント系深層混合処理改良体の造成方法を提供することを目的とする。
【００１１】
本発明が解決しようとする第２の課題は、簡単で経済的に第１の課題を解決する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
セメント系改良材と水をスラリー状にして、地盤に攪拌混合して得られるセメント系深層混合処理工法において、ある種の添加剤を添加することにより少ない水量でセメント系改良材粒子を水中に均一に分散することができ、セメントスラリーの流動性を向上し緻密で強度の高い固化体が得られることに着目した。
【００１３】
海上工事における深層混合処理工法では、海上の専用船でのグラウト配管が長いためセメントスラリーの固化遅延性を確保する目的でオキシカルボン酸塩又はリグニンスルホン酸塩を主成分とするＡＥ減水剤遅延型の混和剤（例えばフローリックＲＧ２００・登録商標など）が使用されてきた。また、陸上工事でも、特殊な工事として改良杭と改良杭との接合を重要視するオーバーラップ施工などの場合はオキシカルボン酸塩を主成分とする遅延性の混和剤（例えばジオスパーＲ・登録商標など）を使用して施工する場合があった。
【００１４】
セメントの分散剤として一般に用いられる減水剤やＡＥ減水剤は、セメントに対する分散作用により単位水量を大幅に減少し流動性を改善させる効果があり、また使用目的、方法、性能の違いはあるが基本的に同様の効果を持つものとして、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、流動化剤などがある。
セメント系改良材は凝集性が高く水の中でかなり激しく攪拌しても個々の粒子は完全にばらばらにならず、数個から数十個の粒子が集合した凝集体を形成する。分散剤は添加すると水の中で解離して負の電荷を帯びた分子となり、これがセメント粒子に吸着して凝集体中の個々のセメント粒子を互いに反発させることによって凝集体を破壊し、フロックの生成を抑制させるような働きがある。
減水剤、ＡＥ減水剤は、ポリオール複合体、リグニンスルホン酸塩などを主成分とするものが多く、ほとんどが陰イオン系界面活性剤に属する。
【００１５】
一方、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、流動化剤は、ナフタレンスルホン酸塩、アミノスルホン酸塩、メラミンスルホン酸塩及びポリカルボン酸塩などを主成分とする高分子系の分散剤である。
高性能減水剤の基剤として最も有名なのは、ナフタレンスルホン酸塩、メラミンスルホン酸塩及びポリカルボン酸塩で、いずれもセメントの水和反応を阻害せず、起泡作用もないので多量に使用してもセメントの凝結は遅延せず、空気量もほとんど増加しない。
従って、高性能減水剤に相当する高分子系分散剤の使用によるセメント系深層混合処理工法の高強度化、セメントスラリーの高流動化は、セメントスラリー中のセメント粒子を空隙の多い凝集状態から均一な分散状態にすることにより、強度のみならず耐久性、水密性など諸特性の優れたセメント系深層混合処理改良体が得られることが予測できた。
【００１６】
しかし、高性能減水剤の使用のみでは、シルト又は粘土を主体とする地盤には十分な効果が発揮できず強度が低下するなどの問題があることが判明したので、種々検討を繰り返したところ、セメント系改良材と水に、アルカリ金属炭酸塩、無機塩化物及び高分子系分散剤を必須成分とする添加剤を添加し、地盤に注入混合することにより、セメントスラリーの流動性を損なうことなく緻密で強度の高い固化体が得られることを見出した。
【００１７】
前記添加剤は、アルカリ金属炭酸塩及び／又は無機塩化物１重量部に対して高分子系分散剤を０．２〜２．０重量部の割合で混合した粉体状の混合物が特に優れた効果を発揮する。前記アルカリ金属炭酸塩は、炭酸ナトリウム、炭酸カリウムが特に好ましく、無機塩化物は、塩化ナトリウム、塩化カリウムが特に好ましい。
前記高分子系分散剤は、ナフタレンスルホン酸塩、メラミンスルホン酸塩、ポリカルボン酸塩のいずれも使用可能であるが、アルカリ金属炭酸塩及び無機塩化物と混合して粉体状の混合物を得る上では粉末状のナフタレンスルホン酸塩又はメラミンスルホン酸塩が特に好ましい。
【００１８】
高分子化合物は、数百から数千の分子量を持つ低分子化合物を重合させたものであり、分子量が大きくなる程溶解度が小さくなるなど、高分子化合物の種々の性質は分子量に左右される。これは低分子物質には見られない大きな特徴の1つであり、多くの分子と分子が相互作用を起こすので流動領域における粘弾性など、作り方によってさまざまな性質を持たせることができる。
高分子系分散剤は、基本要因として、分散質への吸着（親和性）、分散媒への親和性そして分散時の斥力付与と相反する性能を分子中に有する必要がある。それらを司る官能基の分子内における分布も分散性に大きな影響を及ぼす。高分子系分散剤は、ある分子量では分散性が良好であるが、その分子量からずれると分散性能が悪化する傾向が見られ、分散効果を示す最適な分子量領域を有する。その分子量領域を越えて大きくなりすぎると粒子間架橋を引き起こし、分散剤としてよりもむしろ凝集剤的な効果を示す。また一方で最適な分子量領域よりも小さいと吸着速度は速くても分散剤としての効果は小さくなる。高分子系分散剤は低分子量の集合体であることを念頭におき悪影響を及ぼす領域を出来るだけなくすことが重要である。
一方、高性能減水剤に使用されている基剤は、その殆どが工業的に作られる合成高分子化合物である。代表的な高分子系分散剤は、ナフタレンスルホン酸塩、メラミンスルホン酸塩及びポリカルボン酸塩であり、その重量平均分子量は通常３，０００〜３０，０００程度である。これら高分子系分散剤は、カルボキシル基やスルホン基といった官能基の総数が多くなるので、セメント粒子に大きな電荷を与えることが出来るが、種々実験の結果、添加剤としては、重量平均分子量が１０，０００〜２５，０００のものが特に好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
（１）本発明は、セメント系改良材と水を地盤に注入攪拌混合するセメント系深層混合処理に付加混合される添加剤が、アルカリ金属炭酸塩、無機塩化物及び高分子系分散剤を必須成分とし、前記添加剤の全重量を１としたとき、アルカリ金属炭酸塩として炭酸ナトリウム及び／又は炭酸カリウムを１０〜４０重量％、無機塩化物として塩化ナトリウム及び／又は塩化カリウムを１〜６０重量％、さらに高分子系分散剤としてナフタレンスルホン酸塩、メラミンスルホン酸塩又はポリカルボン酸塩を２０〜６５重量％を含む混合物からなることを特徴とするセメント系深層混合処理用添加剤としたので、本発明の添加剤を添加すれば、スラリー粘度が急激に上昇することはなく、長時間スラリーの流動性が保たれる。
（２）また、本発明の添加剤を添加したときの一軸圧縮強度は、添加剤無しに比べて大幅に高くなっている。また、添加剤に無機塩化物を加えたものは、アルカリ金属炭酸塩と高分子系分散剤だけの組合せよりもさらに強度発現性に優れていることが確認できた。
（３）さらに、本発明によるセメント系深層混合処理用添加剤は、少ない添加量で最大の効果を得ることができる。
（４）セメント系改良材と水に、本発明の添加剤を混合して得られる流動性の高いセメントスラリーを地盤に注入し、攪拌混合して従来にないような強固な改良体を構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】高炉セメントＢ種を１５０ｋｇ／ｍ３用い、Ｗ／Ｃ＝６０％に添加剤無し（×印で１点鎖線）、Ｗ／Ｃ＝８０％に添加剤無し（×印で２点鎖線）、Ｗ／Ｃ＝１００％に添加剤無し（×印で実線）、Ｗ／Ｃ＝６０％に本発明の添加剤１−１（段落［００３５］の例、以下同じ）を１.０％添加（中黒丸で実線）、Ｗ／Ｃ＝６０％に比較例の添加剤１−２（段落［００３６］の例、以下同じ）を１.０％添加（中抜き丸で点線）、Ｗ／Ｃ＝６０％に本発明の添加剤１−１を０.７％添加（中黒三角で実線）、Ｗ／Ｃ＝６０％に比較例の添加剤１−２を０.７％添加（白抜き三角で点線）のそれぞれにおけるセメントスラリーの流動性（ＶＧ値）の経時変化特性図である。なお、本発明の添加剤１−１とはナフタレンスルホン酸塩に無機塩化物を併用した場合であり、比較例の添加剤１−２とはナフタレンスルホン酸塩のみを使用した場合である。
【図２】高炉セメントＢ種を１５０ｋｇ／ｍ３用い、Ｗ／Ｃ＝６０％に添加剤無し（×印で１点鎖線）、Ｗ／Ｃ＝１００％に添加剤無し（×印で点線）、Ｗ／Ｃ＝６０％に本発明の添加剤１−１を１.０％添加（中黒丸で実線）、Ｗ／Ｃ＝６０％に本発明の添加剤２−１（段落［００３７］の例、以下同じ）を１.０％添加（中黒三角で実線）、Ｗ／Ｃ＝６０％に本発明の添加剤３−１（段落［００３９］の例、以下同じ）を１.０％添加（中黒四角で実線）、Ｗ／Ｃ＝６０％に本発明の添加剤１−１を０.７％添加（中抜き丸で実線）、Ｗ／Ｃ＝６０％に本発明の添加剤２−１を０.７％添加（中抜き三角で実線）、Ｗ／Ｃ＝６０％に本発明の添加剤３−１を０.７％添加（中抜き四角で実線）、のそれぞれにおけるセメントスラリーの流動性（ＶＧ値）の経時変化特性図である。なお、本発明の添加剤１−１とは高分子系分散剤ナフタレンスルホン酸塩に無機塩化物を併用した場合であり、本発明の添加剤２−１とは高分子系分散剤メラミンスルホン酸塩に無機塩化物を併用した場合であり、本発明の添加剤３−１とは高分子系分散剤ポリカルボン酸塩に無機塩化物を併用した場合である。
【図３】高炉セメントＢ種を１５０ｋｇ／ｍ３用い、Ｗ／Ｃ＝６０％に添加剤無し（×印で実線）、Ｗ／Ｃ＝８０％に添加剤無し（×印で1点鎖線）、Ｗ／Ｃ＝１００％に添加剤無し（×印で２点鎖線）、Ｗ／Ｃ＝６０％に本発明の添加剤１−１を１.０％添加（中黒丸で実線）、Ｗ／Ｃ＝６０％に本発明の添加剤１−２を１.０％添加（中抜き丸で点線）、Ｗ／Ｃ＝６０％に本発明の添加剤１−１を０.７添加（中黒三角で実線）、Ｗ／Ｃ＝６０％に比較例の添加剤１−２を０.７％添加（白抜き三角で点線）したときの、それぞれの材齢４週における一軸圧縮強度（ＫＮ／ｍ２）の比較図である。
【図４】ジオセット２００（セメント系固化材）を３００ｋｇ／ｍ３用い、Ｗ／Ｃ＝６０％に添加剤無し（×印で１点鎖線）、Ｗ／Ｃ＝８０％に添加剤無し（×印で２点鎖線）、Ｗ／Ｃ＝１００％に添加剤無し（×印で実線）、Ｗ／Ｃ＝６０％に本発明の添加剤１−１を１.０％添加（中黒丸で実線）、Ｗ／Ｃ＝６０％に比較例の添加剤１−２を１.０％添加（白抜き丸で点線）、Ｗ／Ｃ＝６０％に本発明の添加剤１−１を０.７添加（中黒三角で実線）、Ｗ／Ｃ＝６０％に比較例の添加剤１−２を０.７％添加（白抜き三角で点線）したときの、それぞれにおけるセメントスラリーの流動性（ＶＧ値）の経時変化特性図である。
【図５】ジオセット２００（セメント系固化材）を３００ｋｇ／ｍ３用い、Ｗ／Ｃ＝６０％に添加剤無し（×印で１点鎖線）、Ｗ／Ｃ＝１００％に添加剤無し（×印で実線）、Ｗ／Ｃ＝６０％に本発明の添加剤１−１を１.０％添加（中黒丸で実線）、Ｗ／Ｃ＝６０％に本発明の添加剤２−１を１.０％添加（中黒三角で実線）、Ｗ／Ｃ＝６０％に本発明の添加剤３−１を１.０％添加（中黒四角で実線）、Ｗ／Ｃ＝６０％に本発明の添加剤１−１を０.７％添加（中抜き丸で実線）、Ｗ／Ｃ＝６０％に本発明の添加剤２−１を０.７％添加（中抜き三角で実線）、Ｗ／Ｃ＝６０％に本発明の添加剤３−１を０.７％添加（中抜き四角で実線）したとき、のそれぞれにおけるセメントスラリーの流動性（ＶＧ値）の経時変化特性図である。
【図６】ジオセット２００（セメント系固化材）を３００ｋｇ／ｍ３用い、Ｗ／Ｃ＝６０％に添加剤無し（×印で実線）、Ｗ／Ｃ＝８０％に添加剤無し（×印で1点鎖線）、Ｗ／Ｃ＝１００％に添加剤無し（×印で２点鎖線）、Ｗ／Ｃ＝６０％に本発明の添加剤１−１を１.０％添加（中黒丸で実線）、Ｗ／Ｃ＝６０％に比較例の添加剤１−２を１.０％添加（白抜き丸で点線）、Ｗ／Ｃ＝６０％に本発明の添加剤１−１を０.７添加（中黒三角で実線）、Ｗ／Ｃ＝６０％に比較例の添加剤１−２を０.７％添加（白抜き三角で点線）したときの、それぞれの材齢４週における一軸圧縮強度（ＫＮ／ｍ２）の比較図である。
【図７】高炉セメントＢ種を１５０ｋｇ／ｍ３用い、Ｗ／Ｃ＝１００％の添加剤無しに対して、（ａ）はＷ／Ｃ＝１００％、Ｗ／Ｃ＝８０％、Ｗ／Ｃ＝６０％それぞれに本発明の添加剤１−１を１.０％添加したときの、（ｂ）は同様に本発明の添加剤２−１を１.０％添加したときの、（ｃ）は同様に本発明の添加剤３−１を１.０％添加したときの、材齢４週の一軸圧縮強度（ＫＮ／ｍ２）の比較図である。
【図８】（ａ）（ｂ）（ｃ）は、図７と同様、高炉セメントＢ種を１５０ｋｇ／ｍ３用いたときの、材齢１３週のそれぞれの一軸圧縮強度（ＫＮ／ｍ２）の比較図である。
【図９】ジオセット２００（セメント系固化材）を３００ｋｇ／ｍ３用い、Ｗ／Ｃ＝１００％の添加剤無しに対して、（ａ）はＷ／Ｃ＝１００％、Ｗ／Ｃ＝８０％、Ｗ／Ｃ＝６０％のそれぞれに本発明の添加剤１−１を１.０％添加したときの、（ｂ）は同様に本発明の添加剤２−１を１.０％添加したときの、（ｃ）は同様に本発明の添加剤３−１を１.０％添加したときの、材齢４週の一軸圧縮強度（ＫＮ／ｍ２）の比較図である。
【図１０】（ａ）（ｂ）（ｃ）は、図９と同様、ジオセット２００（セメント系固化材）を３００ｋｇ／ｍ３用いたときの、材齢１３週のそれぞれの一軸圧縮強度（ＫＮ／ｍ２）の比較図である。
【図１１】図７及び図８に示した材齢４週と１３週のほかに、材齢１週の特性図の圧縮強度データを表示した表である。
【図１２】図９及び図１０に示した材齢４週と１３週のほかに、材齢１週の特性図の圧縮強度データを表示した表である。
【図１３】高炉セメントＢ種を１５０ｋｇ／ｍ３用い、Ｗ／Ｃ＝６０％、Ｗ／Ｃ＝８０％、Ｗ／Ｃ＝１００％のときの添加剤無、本発明の添加剤１−１、２−１、３−１を１．０％と０．７％添加したときの材齢１週、４週、１３週の圧縮強度データを表示した表である。
【図１４】ジオセット２００を３００ｋｇ／ｍ３用い、Ｗ／Ｃ＝６０％、Ｗ／Ｃ＝８０％、Ｗ／Ｃ＝１００％のときの添加剤無、本発明の添加剤１−１、２−１、３−１を１．０％と０．７％添加したときの材齢１週、４週、１３週の圧縮強度デ−タを表示した表である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明は、セメント系改良材と水にアルカリ金属炭酸塩、無機塩化物及び高分子系分散剤からなる添加剤を添加して、スラリー状にしたセメント系改良材を地盤に注入し、攪拌混合して強固な改良体を得るセメント系深層混合処理工法に関するものである。
【００２２】
セメント系深層混合処理工法は、地盤の表層の１ｍから２ｍを対象とする場合には表層処理工法、３ｍから５５ｍ程度を対象とする場合には深層混合処理工法と称し、表層と深層の中間を対象とする場合は浅層・中層混合処理工法と称している。緩い砂質地盤の液状化防止対策工法などにも使われ、利用範囲は多岐に亘っている。
また、いずれの工法の場合においても、水平攪拌方法、垂直攪拌方法、斜め攪拌方法があり、攪拌軸は単軸から８軸までの複数軸で、攪拌方式には機械攪拌式と高圧噴射式、また、両者の併用方式がある。
セメント系深層混合処理工法は、対象とする土を用いた室内配合試験において、最適なセメントの種類、セメント添加量、Ｗ／Ｃを決定する。土質はシルト、シルト質粘土、粘土、砂質土、有機質土、腐食土等様々な土質に適応して用いることができ、本発明の添加剤はいずれの土質にも効果を発揮することができ、適応範囲も広い。
【００２３】
本発明によれば、以下に示すように、セメント系深層混合処理用添加剤及びこの添加剤を用いたセメント系深層混合処理改良体の造成方法を簡単で経済的に実現することができる。
【００２４】
（１）本発明で用いているアルカリ金属炭酸塩は、いずれもイオン結合性が高いため水に容易に溶解し、水中で炭酸イオンや塩化物イオン（アニオン）とナトリウムイオンやカリウムイオンなどの金属イオン（カチオン）とに解離（電離）する。炭酸ナトリウムや炭酸カリウムの水溶液は強いアルカリ性を示すため、改良体のｐＨコントロールができ、改良体は水和反応を促進し、イオン濃度の変化に応じてイオン荷電が修正され、それぞれの吸着力を強めて、硬化を促進させる。
【００２５】
（２）塩化ナトリウム及び塩化カリウムは、炭酸ナトリウムと共にセメント水和の促進を図る目的で添加される成分である。
すなわち、塩化物は、セメント中の酸化カルシウムあるいは水酸化カルシウムと反応して塩化カルシウムを形成する。塩化カルシウムがそのまま溶出するとセメントが多孔質化し、また各種の鉱物組織（例えばエトリンガイトなど）と反応すると膨張現象を引き起こしセメントの崩壊をもたらすとされている。
しかし一方では、塩化カルシウムは、セメントの「凝結促進剤」としての働きも期待できる。これはカルシウムイオンの減少を補い水和反応を促進する働きと考えられる。
セメント硬化体中へのイオンの拡散による塩化物の破壊効果の大きさはマグネシウム塩＞カルシウム塩＞ナトリウム塩＞カリウム塩の順といわれており、ナトリウム塩やカリウム塩を選べば、塩化物の弊害を最小限に抑え凝結を進めることが可能である。
本発明の添加剤組成物においては、塩化物（塩化ナトリウム、塩化カリウム）に良好な凝結促進効果が確認され、必須成分と位置づけられる。
【００２６】
（３）一方、高分子系分散剤は、セメント系改良材に対する分散作用により流動性を改善し強度を増大する効果があり、その分子がセメント系改良材粒子の表面に吸着し静電気的な反発力をもたせてセメント系改良材粒子を個々に分散させる。また、高分子系分散剤は、湿潤作用によりセメント系改良材の水和活性を高める効果もあるので、所要のコンシステンシーや強度を得るのに必要な水量及びセメント系改良材の量を減少させることが出来る。
さらに詳しくは、セメント系改良材に加水すると水和反応が始まりセメント系改良材粒子の表面には正の電荷が発生し、不安定な状態になる。このためセメント系改良材粒子は、お互いに凝集し合ってフロックを形成することで少しでも安定な状態を作ろうとする。しかし、高分子系分散剤を添加すると、セメント系改良材粒子の表面に強い負電荷を帯び高分子系分散剤が吸着する結果、セメント系改良材粒子間に強い斥力が働いて大きな分散状態が得られる。
【００２７】
（４）ナフタレンスルホン酸塩を水と同時にセメント系改良材に添加すると、解離して強い負電荷を帯びたナフタレンスルホン酸はまず、セメント系改良材の表面に吸着して帯電層を形成するが、Ｃ３Ａ（アルミネート）とＣ４ＡＦ（フェライト）の激しい水和反応が進むと、形成された帯電層は、水和生成物に覆われて遮蔽されてしまう。解離したナフタレンスルホン酸は新たな粒子表面に吸着して再度帯電層を形成するが、Ｃ３ＡとＣ４ＡＦの水和反応が進むと、新たに形成された帯電層も水和生成物に覆われて遮蔽されてしまう。
【００２８】
（５）セメント系改良材の水和反応の進行状況は、水和に伴う発熱量を測定することによって簡便に表現でき、水和直後の発熱は、水中に溶解した石膏が最も活性化の大きいアルミネートと反応して生成するエトリンガイトの生成熱及びエーライトの表面の溶解熱によるものである。初期の水和反応が一段落すると、アルミネート粒子の周りは、不溶解性のエトリンガイト膜によって覆われ、エーライト粒子の周りも不溶性のＣ−Ｓ−Ｈ相(珪酸カルシウム水和物)の膜によって覆われ、水和反応物が抑制される時期を迎える。次いで液相中のＮａイオンとＫイオンの濃度が高くなると、アルミネート粒子の周りのエトリンガイト膜が結晶の膨張圧で破れ、内部のアルミネート粒子が再び水和を始め、カルシウムサルフォアルミネートに変化する。その後は、エーライト、ビーライトは多量に生成したＣ−Ｓ−Ｈ相によって薄められて、イオンの移動は難しくなり、水和速度は次第に遅くなり、水和物同士の接着により凝結が始まる。本発明の添加剤は、セメント粒子表面に生成するＣ−Ｓ−Ｈ相に作用して、セメント系改良材粒子の水和を促進させる働きをする。
【００２９】
（６）上記より、本発明に用いられる添加剤は、アルカリ金属炭酸塩、無機塩化物及び高分子系分散剤からなり、セメント系改良材に添加された添加剤は、材齢の経過に伴う水和作用の進行により生成した水和物が空隙を充填し、硬化体組織を緻密化する。この組織の緻密化により改良体の強度を上げ耐久性を増す作用を示す。
【００３０】
添加剤は、セメント系改良材と水に添加することにより、セメントスラリーの流動性を高め、水セメント比Ｗ／Ｃが６０％、場合によってはＷ／Ｃ＝５０％での施工のように水の量が少ない場合にも流動性が保たれ、施工性が向上するのと同時に、セメント系深層混合処理改良体の強度を大幅に増加させることができ、逆説的にいえばセメント系改良材の使用量を大幅に少なくできる。
陸上部におけるセメント系深層混合処理工事では、添加剤を使用するとＷ／Ｃ＝６０％の施工でも、Ｗ／Ｃ＝１００％の施工と同様の流動性が確保され、改良体の強度増加が図られ、セメント系改良材使用量の削減と注入したセメントスラリー量が少ないために排泥量を抑えることが可能になり、経済性の向上並びに環境負荷低減への貢献など付加価値が生じる。
また、最近の海上工事における深層混合処理工法では、特に盛り上がり土を少なくしてほしいとの要望が多々あり、従来のＷ／Ｃ＝６０％の施工の見直しも見込まれ、排泥量を少なくし、処分費が高額である事後浚渫費及び土砂処分費用を削減できるなど、添加剤の効果的な活用が期待される。
一方、止水壁とか耐震構造物の基礎に深層混合処理工法を用いる場合は、要求される改良体の設計強度が非常に高く、Ｗ／Ｃを小さくすることにより強度を高くする必要に迫られる。その場合、添加剤を使用することによりＷ／Ｃ＝５０％程度までの施工も考慮する必要があるが、添加剤を使用したＷ／Ｃ＝６０％のセメントスラリーの性状から判断して条件が整えば施工可能である。
【００３１】
添加剤は、セメント系改良材と水に添加することにより、土と混合した直後のまだ固まらない改良土のせん断強さを下げる効果がある。混合体が柔らかいためセメントスラリーを添加したことによる増加分の土は上方に移動し、側方即ち周辺への変位が抑えられる。
また、土と混合したときの混合直後のまだ固まらない改良土のせん断強さが小さいために地盤との混合攪拌性能が非常に良い。すなわち、深層混合処理工法の実施工では地盤に注入した直後のセメントスラリーと土との混合攪拌度合いが改良体の強度に大きく影響するが、その混合攪拌性能が飛躍的に向上する。
従来より、深層混合処理改良体の良好な品質を確保するために、混合処理機の１分間当たりの貫入・引き抜き速度、攪拌羽根の段数、及び回転数などは、ある一定の基準値を満たす施工を行ってきたが、添加剤を使用することにより基準値を下げても同様の改良体の品質が確保され、施工効率の大幅なアップが見込まれ、施工コストを下げることが出来るなど経済的な施工が行える。
【００３２】
また、添加剤には、その他の含有材料として、ケイ酸ナトリウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸カルシウム、燐酸カルシウム、硫酸マグネシウム、燐酸マグネシウム等から選ばれるアルカリ金属化合物なども加えることができる。その他、必要に応じて、セメントと共に用いられている公知の混和剤（遅延剤、促進剤、起泡剤、発泡剤、消泡剤、早強剤、急結剤、膨張剤、増粘剤、防水剤及びベントナイト等）を使用することもできる。これらの添加剤は単独又は混合して用いられてよい。これらの添加剤を含む場合、本発明の添加剤の添加量は通常の場合と同様である。
以上のような配合としたことにより本発明の目的を実現した。
【実施例１】
【００３３】
本発明によるセメントスラリーの流動化の成果を確認する目的で、添加剤による分散効果をＶＧ（セメントスラリーの流動性）メーターで測定する流動性試験を行った。試験は高炉セメントＢ種及びジオセット２００（セメント系固化材）を用いて、それぞれについて、セメントスラリー作液直後、１時間後、２時間後、３時間後のＶＧ値をＶＧメーターによって測定した。ＶＧメーターは回転粘度計で、粘度グレード（Viscosity Grade）の英称略で示され、シールド工法やボーリング工事で使用する泥水、地中連続壁工法やその他基礎工事で使用される安定液の粘度の試験が可能であって、セメントスラリーのフロー値を測定するＰロート試験とも相関関係がある。ＶＧ値の経時的変化を図１、図２、図４および図５に示す。
【００３４】
次に、本発明による添加剤の性能を確認する目的で改良体の強度試験を行った。試験は岡山県のシルト質粘土を用い、高炉セメントＢ種及びジオセット２００（セメント系固化材）それぞれについて、直径φ５ｃｍ×長さ１０ｃｍの円柱供試体を２７個ずつ作成して一軸圧縮強度を測定した。水セメント比は１００％、８０％、６０％、材齢は１週、４週(１個月強度)、１３週(３個月強度)とし、各ケースの試験体を３個ずつとして、３個の測定値の平均値をその一軸圧縮強度試験結果とした。結果を表−１［図１１］、表−２［図１２］、表−３［図１３］及び表−４［図１４］に示す。
【００３５】
本発明の添加剤１−１の配合は次の通りである。
・炭酸ナトリウム  １９重量％
・塩化ナトリウム  ２８重量％
・塩化カリウム    ２４重量％
・ナフタレンスルホン酸塩系の高分子系分散剤  ２９重量％
【００３６】
比較例１−２の配合は次の通りである。
・炭酸ナトリウム  ３１重量％
・炭酸カリウム    ４０重量％
・ナフタレンスルホン酸塩系の高分子系分散剤  ２９重量％
【００３７】
本発明の添加剤２−１の配合は次の通りである。
・炭酸ナトリウム  １９重量％
・塩化ナトリウム  ２８重量％
・塩化カリウム    ２４重量％
・メラミンスルホン酸塩系の高分子系分散剤  ２９重量％
【００３８】
比較例２−２の配合は次の通りである。
・炭酸ナトリウム  ３１重量％
・炭酸カリウム    ４０重量％
・メラミンスルホン酸塩系の高分子系分散剤  ２９重量％
【００３９】
本発明の添加剤３−１の配合は次の通りである。
・炭酸ナトリウム  １９重量％
・塩化ナトリウム  ２８重量％
・塩化カリウム    ２４重量％
・ポリカルボン酸塩系の高分子系分散剤  ２９重量％
【００４０】
比較例３−２の配合は次の通りである。
・炭酸ナトリウム  ３１重量％
・炭酸カリウム    ４０重量％
・ポリカルボン酸塩系の高分子系分散剤  ２９重量％
【００４１】
添加剤無、塩化物ありの本発明の添加剤１−１、塩化物なしの比較例の添加剤１−２をそれぞれ添加したときにおけるセメントスラリーの流動性の経時変化を示した図１（高炉セメントＢ種）及び図４（ジオセット２００）において、添加剤無しのセメントスラリーは経過時間と共にＶＧ値は上昇し、粘度が増加している。Ｗ／Ｃ＝６０％の添加剤無し（×印の１点鎖線）は、短時間で急激にスラリー粘度が上昇し、実質的に施工作業が困難になっていることを表している。Ｗ／Ｃ＝８０％の添加剤無し（×印の２点鎖線）は、Ｗ／Ｃ＝６０％程でもないが、やはり１〜２時間でスラリー粘度が上昇している。Ｗ／Ｃ＝１００％の添加剤無し（×印の黒実線）は、粘度の上昇がわずかで長時間流動性を保っている。このため、実施工では、Ｗ／Ｃ＝１００％のセメントスラリーが用いられることが多い。
これに対し、Ｗ／Ｃ＝６０％に比較例の添加剤１−１を１．０％添加すると、スラリー粘度が急激に上昇することはなく、点線の特性線のように長時間スラリーの流動性を保つことが出来る。同様に、Ｗ／Ｃ＝６０％に比較例の添加剤１−２を１．０％添加すると、スラリー粘度が急激に上昇することはなく、特性線のように長時間スラリーの流動性を保つことが出来る。
ここで、本発明の添加剤１−１は、アルカリ金属炭酸塩とナフタレンスルホン酸塩系の高分子系分散剤に無機塩化物を加えたもので、これらの合計をセメント系改良材に対して重量比で１．０％及び０．７％加えたものである。Ｗ／Ｃ＝６０％に本発明の添加剤１−１を加えることで、施工が困難であった６０％のセメントスラリーでの施工に全く問題がない結果が得られた。また、これらの特性線に見るように、無機塩化物がセメントスラリーの粘度及び流動性保持効果に悪影響を与えないことも確認出来た。
比較例の添加剤１−２は、アルカリ金属炭酸塩とナフタレンスルホン酸塩系の高分子系分散剤だけからなるもので、これらの合計をセメント系改良材に対して重量比で１．０％及び０．７％加えたものである。
【００４２】
図２及び図５は、高分子系分散剤の違いによる影響を見る目的で本発明の添加剤２−１、添加剤３−１を用いて同様の実験を行ったものである。
ここで、本発明の添加剤２−１は、アルカリ金属炭酸塩とメラミンスルホン酸塩系の高分子系分散剤に無機塩化物を加えたもので、これらの合計をセメントに対して重量比で１．０％及び０．７％加えたものである。
また、本発明の添加剤３−１は、アルカリ金属炭酸塩とポリカルボン酸塩系の高分子系分散剤に無機塩化物を加えたもので、これらの合計をセメントに対して重量比で１．０％及び０．７％加えたものである。
これらの結果から、無機塩化物はナフタレンスルホン酸塩系の高分子系分散剤だけでなく、メラミンスルホン酸塩系の高分子系分散剤、ポリカルボン酸塩系の高分子系分散剤と組み合わせても全く問題がないことが確認出来た。
【００４３】
図３は、表−１［図１１］のデータに基づく一軸圧縮強度（ＫＮ／ｍ２）の比較図である。高炉セメントＢ種を１５０ｋｇ／ｍ３用い、Ｗ／Ｃ＝６０％の添加剤無し（×印で実線）、Ｗ／Ｃ＝８０％の添加剤無し（×印で１点鎖線）、Ｗ／Ｃ＝１００％の添加剤無し（×印で２点鎖線）、Ｗ／Ｃ＝６０％に本発明の添加剤１−１を１．０％（中黒丸で実線）、Ｗ／Ｃ＝６０％に比較例１−２を１．０％（白抜き丸で点線）、Ｗ／Ｃ＝６０％に本発明の添加剤１−１を０．７％（中黒三角で実線）、Ｗ／Ｃ＝６０％に比較例１−２を０．７％添加（白抜き三角で実線）、したときの材齢１週、４週、１３週における一軸圧縮強度（ＫＮ／ｍ２）の試験結果である。
図３から明らかなように、本発明の添加剤を添加したときの一軸圧縮強度は、添加剤無しに比べて大幅に高くなっている。また、添加剤に無機塩化物を加えたものは、アルカリ金属炭酸塩と高分子系分散剤だけの組合せよりもさらに強度発現性に優れていることがわかる。
【００４４】
図６は、表−２［図１１］のデータに基づく一軸圧縮強度（ＫＮ／ｍ２）の経時変化特性図であり、ジオセット２００（セメント系固化材）を用い、Ｗ／Ｃ＝６０％の添加剤無し（×印で実線）、添加剤無しでＷ／Ｃ＝８０％（×印で１点鎖線）、添加剤無しでＷ／Ｃ＝１００％（×印で黒２点鎖線）、Ｗ／Ｃ＝６０％に本発明の添加剤１−１を添加（中黒丸で実線）、Ｗ／Ｃ＝６０％に本発明の添加剤１−２を添加（白抜き丸で点線）における一軸圧縮強度（ＫＮ／ｍ２）の経時変化特性図である（添加量３００ｋｇ／ｍ３）。
図６から明らかなように、本発明の添加剤を添加したときの一軸圧縮強度は、添加剤無しに比べて大幅に高くなっている。また、添加剤に無機塩化物を加えたものは、アルカリ金属炭酸塩と高分子系分散剤だけの組合せよりもさらに強度発現性に優れていることがわかる。
【００４５】
また、図３及び図６から、添加剤を添加した改良体の強度は、添加剤の添加率に対応して増加している。実施工において、本添加剤により高い改良効果が得られる事は明らかであり、現実の問題として実施工ではコストが重要視されるため、添加剤の添加率は０．５％から１．０％が妥当な値ではないかと思われる。ただし、特種な工事、例えば、汚染土壌固化工事、超高強度を要求される工事などでは、事前に予備実験を実施し、添加率を高くするなど最適な添加率を決定する必要がある。一般的には混和剤の添加率の上限は３％であり、実験結果から、最適な添加率は、セメント系改良材１重量部に対して０．５〜３．０重量％、好ましくは０．５〜２．０重量％である。
【００４６】
図７（ａ）、図７（ｂ）、図７（ｃ）、図８（ａ）、図８（ｂ）、図８（ｃ）、図９（ａ）、図９（ｂ）、図９（ｃ）、図１０（ａ）、図１０（ｂ）、図１０（ｃ）から明らかなように、添加剤無しに比較して、本発明の添加剤を添加したときの一軸圧縮強度は大幅に高くなっている。
また、塩化物を含有しない比較例の添加剤を添加した場合と比較して、本発明による塩化物を含有する添加剤を添加した場合の方がすべての場合において一軸圧縮強度は高くなっていることが確認できた。
また、水セメント比を小さくすればするほど強度は高くなっており、本発明の添加剤を使用して、Ｗ／Ｃ＝６０％での施工を行うことにより、添加剤無しに比べて高品質なセメント系深層混合処理改良体が得られることが確認された。
【００４７】
高分子系分散剤の添加率は、セメント重量に対して粉体状では０．２４％から０．８％（４０％水溶液で０．６％から２．０％）が添加されるのが一般的である。このことから、本発明の添加剤のセメント系改良材重量に対する添加率を平均的に１％と仮定した場合、混合される高分子系分散剤はセメント系改良材重量に対して０．２４％から０．８％が必要となる。
一方、アルカリ金属炭酸塩及び無機塩化物の必要量としては、本発明の添加剤のセメント系改良材重量に対する添加率を１％とした種々の要素実験結果から、セメントスラリーの粘稠度と、土と混合したときの流動性及び強度を基に、性能に問題のない範囲を設定し、０．２％から０．６％が適切であることがわかった。
以上より、添加剤の高分子系分散剤の配合割合を２０〜６５重量％に設定した。
この添加剤の最良の配合の一例は、添加剤を１としたときは次の通りである。
・炭酸ナトリウム及び／又は炭酸カリウム    １０〜４０重量％
・塩化ナトリウム及び／又は塩化カリウム    １〜６０重量％
・高分子系分散剤    ２０〜６５重量％
【００４８】
炭酸ナトリウム及び炭酸カリウムは、固化された改良体のアルカリ性を助長して中性化による機械的強度の低下を防止することを主目的として添加される成分であり、さらに、セメントスラリー中のカルシウムイオン、マグネシウムイオンなどを調整することにより、高分子系分散剤の効果を大幅に向上させることが見出された。
塩化ナトリウム及び塩化カリウムは、炭酸塩と共にセメント水和の促進を図る目的で添加される成分である。
添加剤における炭酸塩の含有率を１０〜４０重量％の範囲としたのは、炭酸塩の含有率が１０重量％未満では、供給される塩素イオン、ナトリウムイオン、カリウムイオンの添加効果が改良体において発揮されず、炭酸塩が４０重量％を超え、塩化物が６０重量％を超えると、各イオンが過剰となり、改良体への添加効果が頭打ちとなるからである。
塩化物に関しては、海上工事の場合には、陸上施工とは別配合が必要になる。陸上部におけるセメント系深層混合処理工法の施工には真水を使用するが、海上部の施工では海水を使用する。海水中には塩分が３．２％から３．７％(平均３．５％)含まれており、その組成は一般的に塩化ナトリウム７８％、塩化マグネシウム１０％、硫酸マグネシウム６％、硫酸カルシウム４％、塩化カリウム２％程度といわれている。添加剤に含まれる塩化物に海水中のそれを加えると塩分が過剰になり、海水に溶解しきれない沈降物が発生する。従って、海水を使用する場合には、添加剤中の塩化物の含有率を大幅に減らすか、下限値を０又は１重量％とするようにしてもよい。
【００４９】
各添加剤のセメント系改良材への添加量は、添加効果を加味して適宜決められる。例えば、セメント系改良材の添加割合が多い場合には、添加剤の添加量を前記範囲の下限側に設定し、添加割合が少ない場合には、上限側に設定することが望ましい。
【００５０】
また、塩化物は、セメント中の酸化カルシウムあるいは水酸化カルシウムと反応して塩化カルシウムを形成する。塩化カルシウムがそのまま溶出するとセメントが多孔質化し、また各種の鉱物組織（例えばエトリンガイトなど）と反応すると膨張現象を引き起こしセメントの崩壊をもたらすとされている。しかし一方では、塩化カルシウムはセメントの水和反応を促進し、「凝結促進剤」としての働きも期待できる。
セメント硬化体中へのイオンの拡散による塩化物の破壊効果の大きさはマグネシウム塩＞カルシウム塩＞ナトリウム塩＞カリウム塩の順といわれており、ナトリウム塩やカリウム塩を選べば、安価で、塩化物の弊害を最小限に抑え凝結を進めることが可能である。
本特許の添加剤組成物においては、塩化物（塩化ナトリウム、塩化カリウム）に良好な凝結促進効果が確認され、必須成分と位置づけられる。
【００５１】
上記添加剤は、最良の形態の一つであり、その性状は次のようなものである。
添加剤は粉体状であり、色調は淡茶褐色を呈し、溶解した場合のｐＨは１０．０〜１１．０で、密度は１．１５〜１．２０g／cm３である。
添加剤の添加率は、実験結果により、３.０％以上の添加率の場合、添加剤が水に充分溶解せず、フロック状の沈殿物が生じる。従って、添加率の上限は３.０％とし、好ましくは２.０％と設定した。また、添加率の下限値は、高分子系分散剤の標準添加率を大きく下回らないことが条件であることから０．５％とした。本発明の添加剤は、セメント系深層混合処理のセメント系改良材１重量部に対して０．５〜３.０重量％の割合で添加することを特徴とする。
【００５２】
次に本発明によるセメント系深層混合処理用添加剤を用いたセメント系深層混合処理改良体の造成方法を説明する。
本発明によるセメント系深層混合処理改良体は、その強度を高くするには、次のような構成からなる。
セメント系改良材は、その水和反応によりさまざまな水和物を生成する。水和反応はセメント系改良材と水とが反応して不溶性のセメント水和物を作り凝結固化する。セメント系改良材の水和反応は複雑で、長い年月にわたって変化し、セメント系改良材のクリンカ鉱物であるエーライト、ビーライト、アルミネート相、フェライト相が水と反応し水和物を形成、水和反応が進むとエトリンガイトやモノサルフェートといった水和物も形成される。本発明の添加剤を混合することにより、改良体が石灰含有量を増大し、アルカリ性の組成となること、さらには急速な水和反応によって水和阻止効果の及ぶ前に固化を達成することで、アルミン酸石灰水和物の水和反応を促進しエトリンガイトの生成をより多くするもので、これら塩基は改良体の強度を高くするものである。
【００５３】
セメント系改良材に、添加剤を付加混合して混合スラリー液とする混合槽と、前記混合スラリー液を地盤へ注入圧送するグラウトポンプと、このグラウトポンプから供給される混合スラリー液を地盤に注入しつつ撹拌する混合処理機と前記混合スラリー液を地盤へ注入圧送するグラウトホースが連結され、添加剤の付加混合されたセメント系改良材としての混合スラリー液が得られ、この混合スラリー液が地盤へ注入される。このとき、掘削攪拌翼で地盤を掘削しつつ、混合スラリー液を注入・撹拌し、改良体が構築される。
【００５４】
セメント系深層混合処理工法は、様々な機械設備が用いられており、それぞれの施工形態に応じて選定されている。一般的には、住宅地盤柱状コラム工法、表層・中層・深層混合処理工法、高圧噴射攪拌工法など、さまざまな機械設備があるが、いずれの工法の場合においても、水平攪拌方法、垂直攪拌方法、斜め攪拌方法があり、攪拌軸は単軸から複数軸、多い場合は８軸のものもあり、攪拌方式には機械攪拌式と高圧噴射式、又、両者の併用方式がある。基本的にはスラリープラントにおいて、セメントスラリー状にし、グラウトポンプにて圧送し、地盤に注入する工法である。
すなわち、地盤にセメント系改良材を注入しつつ撹拌翼で撹拌して、改良体を構築する混合処理工法としての設備は大きさには違いはあるがどの工法においても同じ形式である。添加剤を使用することは、これらのいずれの工法においても施工性が損なわれることはない。計量された粉体状の添加剤は、直接スラリープラント設備に投入し攪拌しセメントスラリー液としても良いし、粉体状の添加剤をあらかじめ２５％水溶液（４倍希釈液）としてストックし、液体状にしてスラリープラント設備に投入することもできる。
【００５５】
添加剤は、粉体状で製造し輸送し、セメントスラリープラントにおいて、水、セメント系改良材と同時に混合し、セメントスラリー状にして注入する。粉体状で輸送することにより、液体状よりも輸送コストが削減できる。
添加剤の粒子径は、１,０００マイクロメートルより大きいと溶解に時間がかかり、また１０マイクロメートルより小さいと飛散しやすくなり、取り扱いが難しくなる。添加剤は、アルカリ金属炭酸塩と無機塩化物及び高分子系分散剤から構成されるが、このうちアルカリ金属炭酸塩は、炭酸ナトリウム、炭酸カリウムを少なくとも１種以上含む材料からなり、無機塩化物は塩化ナトリウム、塩化カリウムを少なくとも１種以上含む材料からなり、高分子系分散剤を含むこれらの原料成分がすべて粉体であり、粉体状の粒子径が数マイクロメートル〜１,０００マイクロメートルであることを特徴とする。
【００５６】
添加剤の添加量は、セメント系深層混合処理工法における改良対象土の性状に応じて、セメント系改良材１重量部に対して０．５〜３．０重量％（Ｃ×Ｗｔ％）、好ましくは０．５〜２．０重量％の範囲内で設定する。
改良体が目標とする強度を得るためには、一般的に、粘性土の場合にはセメント添加量は比較的少なく平均的に８０〜１２０ｋｇ／ｍ３であり、砂質土の場合には１５０〜２００ｋｇ／ｍ３、有機質土の場合には２００〜３００ｋｇ／ｍ３程度である。また、住宅地盤に用いられる柱状コラム工法の場合などは安全側に見てセメント添加量は２５０〜３００ｋｇ／ｍ３を使用している場合が多い。
この添加剤のセメント系改良材への添加量は、添加効果を加味して適宜決められる。例えば、改良対象土が自然含水比の多い性状を示す土の場合は、セメント系改良材に対する添加剤の添加割合を少なく、自然含水比の少ない性状を示す土の場合は、セメント系改良材に対する添加剤の添加割合を多くする。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、セメント系改良材にアルカリ金属炭酸塩、無機塩化物及び高分子系分散剤を主成分とする添加剤を添加し、水セメント比を小さくすることによりセメントスラリーの性状を改善し、セメント系深層混合処理改良体の強度を強め、排泥量と排出残土を低減し、周辺への変位を抑制することができるセメント系深層混合処理工法に利用できる。
【図１】
0005399573.tif 000002
【図２】
0005399573.tif 000003
【図３】
0005399573.tif 000004
【図４】
0005399573.tif 000005
【図５】
0005399573.tif 000006
【図６】
0005399573.tif 000007
【図７】
0005399573.tif 000008
【図８】
0005399573.tif 000009
【図９】
0005399573.tif 000010
【図１０】
0005399573.tif 000011
【図１１】
0005399573.tif 000012
【図１２】
0005399573.tif 000013
【図１３】
0005399573.tif 000014
【図１４】
0005399573.tif 000015